Провісники ожиріння серед біомаркерів кишкової мікробіоти у афроамериканських чоловіків з діабетом та без нього

Олена Баренгольц

1 Відділ ендокринології, діабету та метаболізму, Медичний факультет, Іллінойський університет, Чикаго, Чикаго, штат Іллінойс, 60612, США

2 Секція ендокринології, Медичний факультет, Медичний центр Джессі Брауна, Чикаго, IL 60612, США

Стефан Дж. Грін

3 Ядро секвенування, Центр дослідницьких ресурсів, Університет Іллінойсу, Чикаго, штат Іллінойс 60612, США

Джордж Е. Чліпала

4 Ядро дослідницької інформатики, Центр дослідницьких ресурсів, Університет Іллінойсу, Чикаго, штат Іллінойс 60612, США

Брайан Т. Лейден

2 Секція ендокринології, Медичний факультет, Медичний центр Джессі Брауна, Чикаго, штат Іллінойс, 60612, США

Юваль Айзенберг

Медха Приядаршіні

Лара Р. Дугас

5 Департамент наук про громадське здоров'я, Школа наук про здоров'я та охорону здоров'я Паркінсона, Університет Лойоли, Чикаго, Мейвуд, Іллінойс, 60153, США

Анотація

Мікробіота кишечника та їх біомаркери можуть бути пов’язані з ожирінням. У цьому дослідженні оцінювали асоціації індексу маси тіла (ІМТ) з циркулюючими біомаркерами мікробіоти у афроамериканських чоловіків (AAM) (n = 75). Основні результати включали структуру фекальних мікробних спільнот (16S рРНК), біомаркери проникності кишечника (ELISA) та жирні кислоти з короткими ланцюгами (SCFA, аналіз метаболомів). Ці результати порівнювали між чоловіками, що страждають ожирінням та не, що страждають ожирінням, з урахуванням віку. Результати показали, що ліпополісахарид-зв’язуючий білок (LBP), співвідношення LBP до CD14 (LBP/CD14) та SCFA (пропіонові, масляні, ізовалерианичні) були вищі у людей із ожирінням (n = 41, вік 58 років, ІМТ 36 кг/м 2) проти чоловіків, що не страждають ожирінням (n = 34, вік 55 років, ІМТ 26 кг/м 2). ІМТ позитивно корелював з LBP, LBP/CD14 (p Ключові слова: мікробіота кишечника, ІМТ, індекс маси тіла, CD14, кластер диференціації 14 білка, EndoCab, антитіло до ендотоксину, LBP, білок, що зв’язує ліпополісахарид, SCFA, коротколанцюгові жирні кислоти, зонулін, масляна, пропіонова, ожиріння, цукровий діабет 2 типу, Афро-американські чоловіки, кортизол

1. Вступ

Ожиріння є поширеною проблемою у всьому світі. Світова поширеність ожиріння майже потроїлась між 1975 та 2016 роками [1]. У 2016 році понад 1,9 мільярда дорослих людей віком від 18 років були класифіковані як зайва вага, і з них понад 650 мільйонів були описані як ожиріння. Надмірна вага та ожиріння визначаються як ненормальне або надмірне накопичення жиру, яке може погіршити здоров'я. Індекс маси тіла (ІМТ) - це простий показник ваги на зріст, який зазвичай використовується для класифікації надмірної ваги та ожиріння. Він виражається як вага людини в кілограмах, поділений на квадрат його зросту в метрах (кг/м 2). Для дорослих Всесвітня організація охорони здоров’я (ВООЗ) визначає надмірну вагу та ожиріння як ІМТ ≥25 та ≥30 відповідно. ІМТ забезпечує найбільш корисний показник надмірної ваги та ожиріння на рівні населення [1]. Збільшення ІМТ є основним фактором ризику розвитку діабету 2 типу (T2D), і більше 90% діабетиків 2 типу мають надлишкову вагу або ожиріння [1,2]. У 2016 році, за оцінками, 1,6 мільйона смертей спричинені діабетом, і зазвичай смерть настає у віці до 70 років. За оцінками ВООЗ, T2D був сьомою причиною смерті у 2016 році [2]. Існує декілька нових методів лікування ожиріння та СД2, але лікування обох станів залишається складним для лікарів та обтяжливим для суспільства [3,4,5,6].

Роль мікробіоти кишечника та пов’язаних з ним біомаркерів та їх внесок у ожиріння та T2D є предметом постійних досліджень. Мікробіота кишечника може сприяти ожирінню шляхом генерування надлишкової енергії з не засвоюваних поживних речовин та збільшенням поглинання поживних речовин високої щільності [7,8]. У людини анаеробні грамнегативні бактерії товстої кишки зброджують раніше неперетравлювані складні вуглеводи, перетворюючи їх у коротколанцюгові жирні кислоти (СКЖК) [9,10]. Основні SCFA включають оцтовий (C2: 0), пропіоновий (C3: 0) і масляний (C4: 0), на які припадає близько 95% біологічно значущих SCFA, що виробляються в товстій кишці [9,10,11]. SCFA в основному поглинаються через ворітну вену [12], забезпечуючи близько 10% загальної потреби в енергії господаря [7,8]. Роль SCFA у ожирінні незрозуміла. З одного боку, є дані, які свідчать про те, що SCFA у фекаліях вищі у людей із ожирінням порівняно з худими особами [13,14,15,16], що означає роль SCFA у розвитку ожиріння. І навпаки, SCFA можуть індукувати гормони кишечника (наприклад, GLP-1 та PYY) [17,18] і можуть бути пов’язані зі зниженням апетиту, втратою ваги та контролем глюкози [18,19,20].

Подібним чином, біомаркери для метаболітів і побічних продуктів мікробіоти кишечника можуть збільшити проникність кишечника та поглинання поживних речовин, а отже, додатково сприяти ожирінню [7,8]. Основним побічним продуктом, відповідальним за індукцію підвищеної проникності кишечника та транслокації мікробіоти у внутрішню частину хазяїна, є ліпополісахарид (LPS, ендотоксин). Пов'язані з LPS серологічні сурогатні маркери проникності кишечника та транслокації бактерій включають LPS-зв’язуючий білок (LPB), основне антитіло до LPS (EndoCab), розчинний CD14 (CD14) та зонулін. LBP - це розчинний білок гострої фази, EndoCab - міра навантаження LPS (неможливо безпосередньо виміряти LPS), CD14 - це кластер диференціації 14 білка з сімейства рецепторів розпізнавання образів [21]. Зонулін (попередник гаптоглобіну 2) - це білок, який модулює проникність щільних з’єднань між клітинами стінки травного тракту [22]. Всі ці біомаркери відіграють важливу та різнобічну роль у впливі мікробіома на фізіологію хазяїна та патогенез ожиріння [23,24,25,26,27,28,29].

Хоча мікробіота кишечника була пов’язана з розвитком ожиріння [7,8] та T2D [28,30], є все більше доказів того, що вони також пов’язані з іншими хронічними захворюваннями, включаючи гіпертонію [31], серцево-судинні захворювання [32], і навіть деякі психічні розлади [33]. На сьогоднішній день, однак, недостатньо досліджень, що вивчають асоціації між ожирінням та біомаркерами, пов’язаними з мікробіотою кишечника, у афроамериканських чоловіків (AAM). Основним завданням цього дослідницького дослідження було вивчення асоціацій між біомаркерами, пов’язаними з мікробіотою кишечника, та ожирінням при ААМ. Для цього ми дослідили детермінанти індексу маси тіла (ІМТ) серед біомаркерів, пов’язаних з мікробіотою, у когорті, що складається з 41 ожиріного та 34 не ожирілих ААМ. Біомаркери, пов’язані з мікробіотою кишечника, включали SCFA (оцтовий, пропіоновий, масляний та ізовалериановий) та маркери проникності/транслокації (LBP, EndoCab, CD14 та зонулін).